人教版高中物理必修3-4讲义资料，复习补习资料：14波的衍射、干涉(提高)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理必修3-4讲义资料，复习补习资料：14波的衍射、干涉(提高) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 300.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-16 21:18:03 | ||
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文档简介
波的衍射、干涉
【学习目标】
1．知识什么是波的衍射现象和衍射的定义。
2．理解发生明显衍射现象的条件。
3．明确衍射是波特有的现象。
4．知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律。
5．知道波的干涉现象，知道干涉是波的特性之一。
6．理解波的干涉原理。
7．知道产生稳定的干涉现象时波具有的条件。
【巩固练习】
一、选择题
1．一列波在传播过程中遇到一个障碍物，发生了衍射，以下情况能使衍射现象更明显的是（ ）．
A．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率 B．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率
C．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率 D．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率
2．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源．某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到（ ）．
A．声音变响，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱
3．如图所示，S是振源，MN是带孔挡板，其中M固定，N可上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用（ ）．
A．增大S的频率 B．减小S的频率
C．N上移 D．N下移
4．（2019 伊川县校级月考）下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( )
A．相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强
B．相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C．在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和
D．几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰
5．已知空气中的声速为340 m／s，下列波遇到宽度约为12 m的障碍物能发生明显衍射现象的是（ ）．
A．周期为0.05 s的声波 B．波长为13 m的声波
C．频率为104 Hz的声波 D．频率为6×1014 Hz的电磁波
6．两列平面简谐横波在空中叠加，其中简谐横波a（图中虚线所示）沿x轴正方向传播，简谐横波b（图中实线所示）沿x轴负方向传播，波速都是20 m／s．t=0时，这两列波的波动图像如图12-5-12所示，那么位于x=45 m处的质点P第一次到达波峰的时间和第一次处于平衡位置的时间分别是（ ）．
A．1.50 s，0.25 s B．0.25 s，0.75 s C．0.50 s，0.75 s D．0.75 s，0.25 s
7．如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1＜f2，P为两个波源连线的中点．已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定．下列说法正确的是（ ）．
A．两列波比较，a波将先到达P点
B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1+A2
C．b的波峰到达P时，a的波峰还没有到达P
D．两列波相遇时，绳上位移可达A1+A2的点只有一个，此点在P点的左侧
8．（2019 荥阳市期中）如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是( )
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
9．两个振动情况完全一样的波源S1、S2相距6 m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域，下列说法正确的是（ ）．
A．两波源的振动频率一定不相同 B．虚线一定是波谷与波谷相遇处
C．两列波的波长都为2 m D．两列波的波长都为1 m
10．如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A．a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab=bc．某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点．则（ ）．
A．a处质点的位移始终为2A B．c处质点的位移始终为－2A
C．b处质点的振幅为2A D．c处质点的振幅为2A
11．如图所示，a、b两质点是两列相向传播的简谐横波的振源，它们的间距为6 m。若a、b振动频率均为5 Hz，位移大小方向始终相同，两列波的波速均为10 m／s，则（ ）．
A．a、b连线的中点为振幅最大点 B．a、b连线上离a 1.5 m处无振动
C．a、b连线上振动最弱位置共三处 D．a、b连线上振动最强位置共五处
12．甲、乙两列完全相同的横波，分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播，t=0时的图像如图所示．若两列波的波速均为1 m／s，则C、E、F、G、D 5个质点中（ ）．
A．t=0.2 s时，只有F点的位移最大 B．t=0.2 s时，E、G两点的位移最大
C．t=0.5 s时，只有F点的位移最大 D．t=0.5 s时，C、F、D三点的位移最大
二、填空题
13．(2019 苏北四市二次调研)如图所示，S1、S2是两个相干波源,它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示某一时刻两列波的波峰和波谷。a、b、c、d四点中振动减弱的点为 ，经四分之一周期，不在平衡位置的点为 。?
三、解答题
14．一根细绳上正在传播着正立和倒立的两个三角形波A和B，设在t=0时波形如图甲所示，而在t=T时波形如图乙所示，试在图丙中画出时的波形图．
15．如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率，振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4 m，若S1、S2振动频率均为5 Hz，两列波的波速均为10 m／s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R=BS1为半径画圆．
（1）该波的波长为多少？
（2）在S1、S2连线上振动加强的点（S1和S2除外）有几个？
（3）在该圆周上（S1和S2两波源除外）共有几个振动加强的点？
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】A
【解析】波长越长，障碍物尺寸越小，越容易发生明显的衍射现象．在波速不变的情况下，频率越小，波长越大，因此A项正确．
2．【答案】D
【解析】由于MN很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调高，波长便小，衍射便不明显．
3．【答案】B、C
【解析】要使A点振动起来，则需要发生明显的衍射现象．可以增大波长（减小频率），也可以减小孔的宽度，所以B、C两项正确．
4．【答案】BCD
【解析】两列波相遇时，每一列引起的振动情况都保持不变，而质点的振动则是两列波共同作用的结果，故A选项错误，B、C选项正确。几个人在同一房间说话，声带振动发出的声波在空间中相互叠加后，不改变每列波的振幅、频率，所以声波到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故D正确。
5．【答案】A、B
【解析】根据发生明显衍射的条件可知：声波的波长应在12 m左右，或比12 m大，因此B项正确．A=vT=17 m＞12 m，所以A项正确．，所以C项不正确．电磁渡的波长，所以D项不正确．
答案：
6．【答案】B
【解析】从题图上可知两波波长均为=40 m，故，a、b两波的波峰第一次传到P点，均需要，而平衡位置传到P要．
7．【答案】C、D
【解析】因两波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误．因f1＜f2，由可知，，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点距离比b波的波峰大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1+A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D均正确．
8．【答案】AD
【解析】波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相于波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的，a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确。e点位于加强点的连线上，仍为加强点；f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误。相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误。因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确。
9．【答案】C
10．【答案】C、D
【解析】因为a、b、c三点均在S1、S2连线的中垂线上，则各点到S1S2的距离相等，则S1与S2到各点的波程差为零，S1与S2振动情况相同，在a、b、c各点振动加强，振动加强并不是位移不变始终为2A，而是振幅为2A。则选项C、D正确．
11．【答案】A、B、D
【解析】两列简谐横波的波长均为：．a、b连线的中点为振幅最大点，选项A是正确的．
a、b连线上离a点1.5 m处设为P点．则 ΔAs=Pb－Pa=4.5 m－1.5 m=3.0 m．
因为=2 m，，所以．
所以P点是振动减弱点，其振幅最小．因两列波波源完全相同，所以P点处的合振动的振幅为零，即P点不振动，所以选项B是正确的．由题意可知满足Δs=n（n=0，1，2，…）的各点为振动加强点，ΔA＜ab=6 m．
则Δs=n＜6 m．
当n=0时，Δs=0，a、b连线的中点为振动加强点；
当n=1时，Δs==2 m；当n=2时，Δs=2=4 m．
由于对称性，在a、b连线上振动加强点共有五处，所以选项D是正确的．
12．【答案】B、D
二、填空题
13．【答案】a；d
【解析】波峰与波谷相遇叠加,振动减弱,波峰与波峰或波谷与波谷相遇时,振动加强,且加强与减弱的区域相互间隔。由图可知,a点为振动减弱的点,b、c、d点均为振动加强的点。经四分之一周期后,a、b、c三点均到达平衡位置,但d点不在平衡位置。
三、解答题
14．【答案】见解析
【解析】如图所示．
15．【答案】见解析
【解析】（1）由公式，得．
（2）设P为S1、S2连线上的加强点，则Δx=PS1－PS2=n=2n m，其中n=0，±1，±2，…，－4 m＜Δx＜4 m，由此解得n=0或n=±1，即在S1、S2连线上除S1、S2外，还有三个振动加强点，设它们分别为A、B、C．
（3）A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线（表示三个加强区域）交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上（除S1和S2外）共有六个加强点。
【学习目标】
1．知识什么是波的衍射现象和衍射的定义。
2．理解发生明显衍射现象的条件。
3．明确衍射是波特有的现象。
4．知道波具有独立传播的特性和两波叠加的位移规律。
5．知道波的干涉现象，知道干涉是波的特性之一。
6．理解波的干涉原理。
7．知道产生稳定的干涉现象时波具有的条件。
【巩固练习】
一、选择题
1．一列波在传播过程中遇到一个障碍物，发生了衍射，以下情况能使衍射现象更明显的是（ ）．
A．缩小障碍物尺寸，同时减小波的频率 B．缩小障碍物尺寸，同时增大波的频率
C．增大障碍物尺寸，同时减小波的频率 D．增大障碍物尺寸，同时增大波的频率
2．在空旷的广场上有一堵较高大的墙MN，墙的一侧O点有一个正在播放男女声合唱歌曲的声源．某人从图中A点走到墙后的B点，在此过程中，如果从声波的衍射来考虑，则会听到（ ）．
A．声音变响，男声比女声更响 B．声音变响，女声比男声更响
C．声音变弱，男声比女声更弱 D．声音变弱，女声比男声更弱
3．如图所示，S是振源，MN是带孔挡板，其中M固定，N可上下移动，为了使原来不振动的A点振动起来，可采用（ ）．
A．增大S的频率 B．减小S的频率
C．N上移 D．N下移
4．（2019 伊川县校级月考）下列关于两列波相遇时叠加的说法正确的是( )
A．相遇后，振幅小的一列波将减弱，振幅大的一列波将加强
B．相遇后，两列波的振动情况与相遇前完全相同
C．在相遇区域，任一点的总位移等于两列波分别引起的位移的矢量和
D．几个人在同一房间说话，相互间听得清楚，这说明声波在相遇时互不干扰
5．已知空气中的声速为340 m／s，下列波遇到宽度约为12 m的障碍物能发生明显衍射现象的是（ ）．
A．周期为0.05 s的声波 B．波长为13 m的声波
C．频率为104 Hz的声波 D．频率为6×1014 Hz的电磁波
6．两列平面简谐横波在空中叠加，其中简谐横波a（图中虚线所示）沿x轴正方向传播，简谐横波b（图中实线所示）沿x轴负方向传播，波速都是20 m／s．t=0时，这两列波的波动图像如图12-5-12所示，那么位于x=45 m处的质点P第一次到达波峰的时间和第一次处于平衡位置的时间分别是（ ）．
A．1.50 s，0.25 s B．0.25 s，0.75 s C．0.50 s，0.75 s D．0.75 s，0.25 s
7．如图所示，波源S1在绳的左端发出频率为f1，振幅为A1的半个波形a，同时另一个波源S2在绳的右端发出频率为f2，振幅为A2的半个波形b，且f1＜f2，P为两个波源连线的中点．已知机械波在介质中传播的速度只由介质本身的性质决定．下列说法正确的是（ ）．
A．两列波比较，a波将先到达P点
B．两列波在P点叠加时，P点的位移最大可达A1+A2
C．b的波峰到达P时，a的波峰还没有到达P
D．两列波相遇时，绳上位移可达A1+A2的点只有一个，此点在P点的左侧
8．（2019 荥阳市期中）如图表示两个相干波源S1、S2产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是( )
A．a、c两点的振动加强，b、d两点的振动减弱
B．e、f两点的振动介于加强点和减弱点之间
C．经适当的时间后，加强点和减弱点的位置互换
D．经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
9．两个振动情况完全一样的波源S1、S2相距6 m，它们在空间产生的干涉图样如图所示，图中实线表示振动加强的区域，虚线表示振动减弱的区域，下列说法正确的是（ ）．
A．两波源的振动频率一定不相同 B．虚线一定是波谷与波谷相遇处
C．两列波的波长都为2 m D．两列波的波长都为1 m
10．如图所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A．a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab=bc．某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点．则（ ）．
A．a处质点的位移始终为2A B．c处质点的位移始终为－2A
C．b处质点的振幅为2A D．c处质点的振幅为2A
11．如图所示，a、b两质点是两列相向传播的简谐横波的振源，它们的间距为6 m。若a、b振动频率均为5 Hz，位移大小方向始终相同，两列波的波速均为10 m／s，则（ ）．
A．a、b连线的中点为振幅最大点 B．a、b连线上离a 1.5 m处无振动
C．a、b连线上振动最弱位置共三处 D．a、b连线上振动最强位置共五处
12．甲、乙两列完全相同的横波，分别从波源A、B两点沿直线Ox相向传播，t=0时的图像如图所示．若两列波的波速均为1 m／s，则C、E、F、G、D 5个质点中（ ）．
A．t=0.2 s时，只有F点的位移最大 B．t=0.2 s时，E、G两点的位移最大
C．t=0.5 s时，只有F点的位移最大 D．t=0.5 s时，C、F、D三点的位移最大
二、填空题
13．(2019 苏北四市二次调研)如图所示，S1、S2是两个相干波源,它们振动同步且振幅相同。实线和虚线分别表示某一时刻两列波的波峰和波谷。a、b、c、d四点中振动减弱的点为 ，经四分之一周期，不在平衡位置的点为 。?
三、解答题
14．一根细绳上正在传播着正立和倒立的两个三角形波A和B，设在t=0时波形如图甲所示，而在t=T时波形如图乙所示，试在图丙中画出时的波形图．
15．如图所示，在同一均匀介质中有S1和S2两个波源，这两个波源的频率，振动方向均相同，且振动的步调完全一致，S1与S2之间相距为4 m，若S1、S2振动频率均为5 Hz，两列波的波速均为10 m／s，B点为S1和S2连线的中点，今以B点为圆心，以R=BS1为半径画圆．
（1）该波的波长为多少？
（2）在S1、S2连线上振动加强的点（S1和S2除外）有几个？
（3）在该圆周上（S1和S2两波源除外）共有几个振动加强的点？
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】A
【解析】波长越长，障碍物尺寸越小，越容易发生明显的衍射现象．在波速不变的情况下，频率越小，波长越大，因此A项正确．
2．【答案】D
【解析】由于MN很高大，故衍射现象比较弱，由于女声音调高，波长便小，衍射便不明显．
3．【答案】B、C
【解析】要使A点振动起来，则需要发生明显的衍射现象．可以增大波长（减小频率），也可以减小孔的宽度，所以B、C两项正确．
4．【答案】BCD
【解析】两列波相遇时，每一列引起的振动情况都保持不变，而质点的振动则是两列波共同作用的结果，故A选项错误，B、C选项正确。几个人在同一房间说话，声带振动发出的声波在空间中相互叠加后，不改变每列波的振幅、频率，所以声波到人的耳朵后，仍能分辨出不同的人所说的话，故D正确。
5．【答案】A、B
【解析】根据发生明显衍射的条件可知：声波的波长应在12 m左右，或比12 m大，因此B项正确．A=vT=17 m＞12 m，所以A项正确．，所以C项不正确．电磁渡的波长，所以D项不正确．
答案：
6．【答案】B
【解析】从题图上可知两波波长均为=40 m，故，a、b两波的波峰第一次传到P点，均需要，而平衡位置传到P要．
7．【答案】C、D
【解析】因两波波速相等，故两列波能同时到达P点，A错误．因f1＜f2，由可知，，故当两列波同时到达P点时，a波的波峰离P点距离比b波的波峰大，因此两波峰不能同时到达P点，两波峰应相遇在P点左侧，此位置对应的位移为A1+A2，位移最大，综上所述，B错误，C、D均正确．
8．【答案】AD
【解析】波的干涉示意图所示的仅是某一时刻两列相于波叠加的情况，形成干涉图样的所有介质质点都在不停地振动着，其位移的大小和方向都在不停地变化着。但要注意，对稳定的干涉，振动加强和减弱的区域的空间位置是不变的，a点是波谷和波谷相遇的点，c点是波峰和波峰相遇的点，都是振动加强的点；而b、d两点都是波峰和波谷相遇的点，是振动减弱的点，A正确。e点位于加强点的连线上，仍为加强点；f点位于减弱点的连线上，仍为减弱点，B错误。相干波叠加产生的干涉是稳定的，不会随时间变化，C错误。因形成干涉图样的介质质点也是不停地做周期性振动，经半个周期步调相反，D正确。
9．【答案】C
10．【答案】C、D
【解析】因为a、b、c三点均在S1、S2连线的中垂线上，则各点到S1S2的距离相等，则S1与S2到各点的波程差为零，S1与S2振动情况相同，在a、b、c各点振动加强，振动加强并不是位移不变始终为2A，而是振幅为2A。则选项C、D正确．
11．【答案】A、B、D
【解析】两列简谐横波的波长均为：．a、b连线的中点为振幅最大点，选项A是正确的．
a、b连线上离a点1.5 m处设为P点．则 ΔAs=Pb－Pa=4.5 m－1.5 m=3.0 m．
因为=2 m，，所以．
所以P点是振动减弱点，其振幅最小．因两列波波源完全相同，所以P点处的合振动的振幅为零，即P点不振动，所以选项B是正确的．由题意可知满足Δs=n（n=0，1，2，…）的各点为振动加强点，ΔA＜ab=6 m．
则Δs=n＜6 m．
当n=0时，Δs=0，a、b连线的中点为振动加强点；
当n=1时，Δs==2 m；当n=2时，Δs=2=4 m．
由于对称性，在a、b连线上振动加强点共有五处，所以选项D是正确的．
12．【答案】B、D
二、填空题
13．【答案】a；d
【解析】波峰与波谷相遇叠加,振动减弱,波峰与波峰或波谷与波谷相遇时,振动加强,且加强与减弱的区域相互间隔。由图可知,a点为振动减弱的点,b、c、d点均为振动加强的点。经四分之一周期后,a、b、c三点均到达平衡位置,但d点不在平衡位置。
三、解答题
14．【答案】见解析
【解析】如图所示．
15．【答案】见解析
【解析】（1）由公式，得．
（2）设P为S1、S2连线上的加强点，则Δx=PS1－PS2=n=2n m，其中n=0，±1，±2，…，－4 m＜Δx＜4 m，由此解得n=0或n=±1，即在S1、S2连线上除S1、S2外，还有三个振动加强点，设它们分别为A、B、C．
（3）A、B、C三点为振动加强的点，过A、B、C三点作三条加强线（表示三个加强区域）交于圆周上A1、A2、B1、B2、C1、C2六个点，显然这六个点也为加强点，故圆周上（除S1和S2外）共有六个加强点。